JPH1129766A

JPH1129766A - 冷凍装置及び冷媒圧縮機

Info

Publication number: JPH1129766A
Application number: JP9183373A
Authority: JP
Inventors: Norimi Sugano; 典伺菅野; Tadashi Iizuka; 董飯塚; Tetsuya Tadokoro; 哲也田所; Kenichi Kawashima; 憲一川島; Akira Ota; 亮太田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】フロン２２の代替冷媒であるハイドロフルオ
ロカーボン系冷媒等の使用を可能ならしめるフロン規制
に対応した優れた冷凍機油とこの冷凍機油を用いて長期
使用に耐え得る信頼性の高い冷媒圧縮機と冷凍装置とを
実現することにある。【解決手段】本発明はエステル油もしくはエーテル油
にグリセリンの一部を脂肪酸と反応させ、エステル化し
た化合物１７を添加することにより、圧縮機部１５のベ
ーン１０等の摺動部表面に化学吸着膜を形成するため、
金属面が直接接触して焼付きや異常摩耗をおこすことを
防ぐことができ、信頼性の高い冷媒圧縮機及びそれを備
えた冷凍装置が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】圧縮機、凝縮器、乾燥器、膨
張機構及び蒸発器よりなる冷凍サイクルにおいて、凝縮
器温度が４０℃以上となるＨＦＣまたはＨＣＦＣ冷媒圧
縮機が冷凍機油組成物を内蔵した冷媒圧縮機及びその冷
媒圧縮機を具備した冷凍装置に係わり、特に冷媒と比較
的高温度で接触しても劣化が少なく圧縮機の信頼性を高
めるのに好適な冷凍機油を具備した冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フロンガスによる成層圏のオゾン層破壊
の問題から、特定フロンの他にもハイドロクロロフルオ
ロカーボン類も規制の対象となっている。冷蔵庫やルー
ムエアコン等の冷凍サイクルに用いられてきたフロン２
２も規制の対象となっている。その代替品としては分子
中に塩素を含まないハイドロフルオロカーボン系であ
る、フロン３２、フロン１２５、フロン１３４ａ、フロ
ン１４３ａ等の単独もしくはこれらの２種以上を混合し
たＲ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０４等の混合冷媒が挙
げられる。

【０００３】しかしながら、これらのフロンは化学構造
が特異なため、非常に特徴的な性質を有しており、フロ
ン２２の冷凍システムで使用されてきた冷凍機油である
鉱油や合成油のアルキルベンゼン油等の炭素と水素の化
合物では相溶しないため、圧縮機より冷凍サイクル中
に油が流出した場合には油戻りが悪くなり、熱交換機器
内に油が滞留して伝熱性能を低下させるとともに、圧縮
機内の油が鉄系の摺動部材の表面に不足し、潤滑不良に
より摺動部の焼付きや異常摩耗を生じるという問題があ
る。また、圧縮機内で油と冷媒が分離すると、圧縮機
の摺動部への給油が底部より汲み上げるポンプ方式を取
っているために低粘度の冷媒層が供給され油膜厚さが小
さいために軸受け摺動部を損傷することになる。

【０００４】従って、フロン２２代替冷媒用の新たな冷
凍機油の開発が必要となっている。代替冷媒と相溶性の
ある冷凍機油としては分子中に酸素を含有したエステル
油系(特開平３−１２８９９２号公報，３−２１７４９
４号公報，４−１８３７８８号公報）やエーテル油系
（特開平６−１２８５７８号公報，６−２３４８１４号
公報）等が知られている。しかし、このような相溶性の
良い冷凍機油においても油膜が欠乏し摺動部の焼付きや
異常摩耗を生じることがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＨＦＣ系代替冷媒の場
合、冷媒自体に塩素が含まれていないため従来システム
に対して摺動部の潤滑性は低下する。このことにより、
摺動部の焼付きや異常摩耗が生じる問題がある。従っ
て、本発明の第一の目的はフロン２２の代替冷媒である
ハイドロフルオロカーボン系の共存下において耐摩耗性
に優れる冷凍機油組成物を充填した冷媒圧縮機を提供す
ることであり、第２の目的はこの冷媒圧縮機を備えた冷
凍装置をそれぞれ提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の冷凍装置に用い
られる冷凍機油は、エステル油もしくはエーテル油を基
油として、これにグリセリンの一部を脂肪酸と反応させ
エステル化した化合物の構造を有する添加剤を添加する
ことにより、摺動部表面に化学吸着膜を形成し、金属面
が直接接触して焼き付きや異常摩耗をおこすことを防ぐ
ことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１〜図
４を参照して説明する。図１に代表的な冷媒圧縮機とし
てロータリ形圧縮機の断面図を示す。冷凍サイクルに用
いる冷媒圧縮機にはロータリ形圧縮機、スクロール形圧
縮機、レシプロ形圧縮機等があるが、中でもロータリ圧
縮機は摺動部が点接触となるため瞬時に温度上昇が起こ
りやすく、焼き付きによる損傷が発生しやすい。この冷
媒圧縮機は、油溜めを兼ねた密閉ケース１内に電動機部
１４と、圧縮機部１５とが収納されている。電動機部１
４は回転子１２と固定子１３からなり、回転子１２には
鋳鉄製の回転軸４が嵌着されている。

【０００８】回転軸４は偏心部３を有し、一端側に中空
状に軸穴１１が形成されている。圧縮機部１５は、鉄系
焼結体のシリンダ２とこのシリンダ２内を偏心回転する
鋳鉄製ローラ７、このローラ７に先端が接触し、他端が
ばね９によって押されながらシリンダ２の溝８内を往復
運動するベーン１０と、前記シリンダ２の両端に配設さ
れている鋳鉄または鉄系焼結体の主軸受け５及び副軸受
け６を主要機構要素としている。また、底部には冷凍機
油１６が貯溜されており、この中にグリセリンの一部を
脂肪酸と反応させエステル化した化合物１７を添加す
る。この冷凍機油は、摺動部へと給油される。

【０００９】上記圧縮機に使用される冷媒は非塩素系冷
媒であり、この場合の冷凍機油は非塩素系冷媒と相溶性
の良いエステル油若しくはエーテル油である。冷凍機油
としては、４０℃の時の粘度が２〜７０ｃＳｔ、１００
℃の時の粘度が１〜９ｃＳｔのものとし、冷媒相溶性の
優れる冷凍機油は冷媒の循環と共に摺動部へと供給さ
れ、摺動部の潤滑に寄与する。表１は、ファレックス摩
耗試験におけるグリセリンの一部を脂肪酸と反応させエ
ステル化した化合物の添加と摩耗量及び焼付荷重の関係
を示したものである。

【００１０】

【表１】

【００１１】試験条件として、冷凍機油をエステル油
（ＶＧ３２）、荷重２５０lb、時間５ｈ、回転速度毎分
２９０回転、温度１００℃、慣らし運転５０lb,１０mi
n、雰囲気ａｉｒでファレックス試験を行った。上記試
験条件においてグリセリンの一部をオレイン酸と反応さ
せてエステル化した本発明の添加剤を０．５％添加した
ところ添加しない場合に比べてピン＋Ｖブロックの摩耗
量が３８％低減した。また、ファレックス焼付き試験に
よると焼付荷重はベース油に対して１２４lbの上昇が見
られた。

【００１２】この試験油の性状を分析したところ、いず
れの試験片においても後歴油の全酸価は本発明の添加剤
を添加した場合のほうが低くなっている。つまり、本発
明の添加剤を添加したことにより摺動部品が直接接触す
ることがなくなったために局部的な摩擦よる発熱を低減
する効果があり、冷凍機油が熱分解をおこさなくすると
いう効果があらわれた。

【００１３】図２は試験条件として、冷凍機油をエステ
ル油（ＶＧ５６）、荷重１００lb、時間５ｈ回転速度２
９０min-1、温度１２０℃、慣らし運転５０lb,１０mi
n、雰囲気ａｉｒとしてファレックス試験を行い、上記
添加剤の添加量と摩耗量の関係を纏めたものである。横
軸に添加量、縦軸に摩耗量とする。添加量を０.０５wt
％としたものはあまり効果わ得られなかったが、０.１w
t％としたものは摩耗量が大幅に改善されている。ま
た、添加量が１wt％までは大幅な改善効果が得られた
が、１wt％をこえて添加しても効果は同じであった。

【００１４】図３に基本的な冷凍サイクル構成図を示
す。冷媒圧縮機１８、凝縮器１９、乾燥器２２、膨張機
構２０、蒸発器２１よりなる冷凍装置において、冷媒圧
縮機１８は、低温低圧の冷媒ガスを圧縮し、高温高圧の
冷媒ガスを吐出し凝縮器１９に送る。凝縮器１９に送ら
れた冷媒ガスは、その熱を空気中に放出しながら高温高
圧の冷媒液となり、乾燥器２２で水分を除去されつつ膨
張機構２０に送られる。膨張機構を通過する高温高圧の
冷媒液は絞り効果により低温低圧の湿り蒸気となり蒸発
器２１へ送られる。蒸発器２１に入った冷媒は周囲から
熱を吸収して蒸発し、蒸発器２１をでた低温低圧の冷媒
ガスは圧縮機１８に吸い込まれ、以下同じサイクルが繰
り返される。このサイクルにおいて、ルームエアコン、
除湿機などでは中温度の蒸発器温度(−１０℃以下)を必
要とし、冷蔵庫などでは低温度の蒸発器温度(−３０℃
以下)を必要としている。

【００１５】図４はＲ４１０Ａ／冷凍機油の相溶性を示
す。横軸に添加量、縦軸に二層分離温度を示す。現在の
ルームエアコンでは、二層分離温度は８℃ぐらいなので
現状と同等レベルと考えた場合、エステル油(ＶＧ５６)
は添加剤の添加量を２.５wt％、エーテル油(ＶＧ６８)
は３wt％以下となるが、新たに寒冷地対応も含めて考え
た場合、二層分離温度は−１０℃以下が望ましい。従っ
て、エステル油の場合は添加量０.８wt％以下、エーテ
ル油のの場合は２wt％以下が望ましい。

【００１６】この場合、図３に示す冷凍サイクルに用い
ると、圧縮機１８より冷媒ガスとともに吐出された冷凍
機油は蒸発器２１の中で二層分離を起こし冷凍機油が熱
交換器の配管の内壁に固着し、冷凍機油の滞留現象や熱
交換器の熱絶縁現象を発生すると共に低温域で上記添加
剤自体が分離しキャピラリなどの膨張機構の詰まりを起
こして、冷凍装置としての冷却性能を阻害する可能性が
考えられるため、実用的ではない。

【００１７】表２は上記添加剤の添加と流動点変化を示
す。試験方法はＪＩＳＫ２２６９「原油及び石油製品
の流動点並びに石油製品曇り点試験方法」によるもので
ある。冷凍機油がサイクル内で流動点以下の温度で冷や
された場合、冷凍機油の凝固が起こり、摺動部に油が供
給されなくなり、焼き付きによる損傷が起こる可能性が
ある。本実施例で用いた添加剤は流動点が２０℃であ
り、冷凍機油に添加することにより冷凍機油の流動点を
高める可能性がある。そこで、上記添加剤の添加量をか
えてエステル油及びエーテル油に添加し、流動点を測定
したところエステル油に４ｗｔ％添加した場合で、流動
点は−３０℃に上昇したが、蒸発器の温度をこえること
はないので問題ないことが確認された。

【００１８】

【表２】

【００１９】なお、冷凍機油中に添加される酸捕捉剤、
酸化防止剤、消泡剤は、例えば次のようなものである。
酸捕捉剤は、冷凍機油中に酸成分が存在するとそれによ
りエステル油が分解され不安定となるため、それを取り
除くために添加するもので、例えばエポキシ化合物等の
酸と反応する化合物が好ましい。とりわけポリアルキレ
ングリコールジグリシジルエーテルなどのジグリシジル
エーテル化合物や、フェニルグリシジルエーテルなどの
モノグリシジルエーテル化合物や、脂肪族環状エポキシ
化合物の如くエポキシ基とエーテル結合を有するものが
好ましい。その理由はこれらの化合物のエポキシ基が酸
を捕捉し、エーテル結合が多少なりとも冷凍機油と冷媒
との相溶性の改善に寄与するからである。

【００２０】上記その他の添加剤は、圧縮機や冷凍装置
を製作する際に使用する塩素系洗浄剤等の残留物の影響
をなくすための塩素捕捉剤や、油の液通や保管中の酸化
劣化の防止用の添加剤、泡立ち性の防止をするための添
加剤等であり、従来の一般的技術で対応できるレベルの
ものであり、ここでは特別に規制しない。

【００２１】極圧添加剤として例えば、アルキルポリオ
キシアルキレンリン酸エステルおよびジアルキルリン酸
エステルなどの分子中にＯＨ基を残留する第１級、第２
級の強力なリン酸エステルを０．０５〜１０ｗｔ％の適
量ブレンドすると、圧縮機の軸、軸受を構成する鉄系摺
動部の表面に分子配向しているエステル結合の潤滑油膜
を、押除けてさらに強力なリン酸エステルの化学吸着膜
を形成することができ、摺動部の潤滑性をより良好なも
のとし、噛りや焼き付きを防止することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明の冷凍装置及び圧
縮機では、エステル油もしくはエーテル油を基油とし
て、これにグリセリンの一部を脂肪酸と反応させ、エス
テル化した化合物を添加することにより、摺動部表面に
化学吸着膜を形成し、金属面が直接接触して焼き付きや
異常摩耗をおこすことを防ぐことができる。そのため、
フロン２２の代替冷媒であるハイドロフルオロカーボン
系の共存下において耐摩耗性に優れる冷凍機油を充填し
た冷媒圧縮機を提供することができ、この冷媒圧縮機を
備えた信頼性の高い冷凍装置をそれぞれ提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】密閉型ロータリ圧縮機の要部縦断面図。

【図２】ファレックス摩耗試験による添加剤の添加量と
摩耗量の関係を示す図。

【図３】冷凍装置の冷凍サイクル構成図。

【図４】Ｒ４１０Ａと冷凍機油の二層分離温度特性図。

【符号の説明】

１ケース２シリンダ３偏心部４回転軸５主軸受け６副軸受け７ローラ８シリンダ溝９ばね１０ベーン１１縦穴１２回転子１３固定子１４電動機１５圧縮機部１６冷凍機油１７グリセリンの一部を脂肪酸と反応させエステル化
した化合物１８圧縮機１９凝縮器２０膨張機構２１蒸発器２２乾燥器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川島憲一茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者太田亮茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷凍サイクルに用いる冷媒圧縮機であっ
て、冷凍機油を貯溜する密閉容器内に回転子と固定子か
らなるモータと、前記回転子に嵌着された回転軸と、こ
の回転軸を介して前記モータに連結された圧縮機部とを
収納してなる冷媒圧縮機において、封入される冷媒は臨
界温度４０℃以上のハイドロフルオロカーボン系の少な
くとも１種以上からなり、冷媒圧縮機に用いられる冷凍
機油は、エステル油もしくはエーテル油を基油として、
グリセリンの一部を脂肪酸と反応させエステル化した化
合物を含有する冷媒圧縮機。
【請求項２】少なくとも、圧縮機、凝縮器、乾燥器、
膨張機構及び蒸発器とこれらを接続する冷媒配管を備え
る冷凍装置において、冷媒圧縮機は、冷凍機油を貯溜する密閉容器内に回転子
と固定子からなるモータと、前記回転子に装着された回
転軸と、この回転軸を介して前記モータに連結された圧
縮機部とを収納してなり、封入される冷媒は臨界温度４
０℃以上のハイドロフルオロカーボン系の少なくとも１
種以上からなり、冷媒圧縮機に用いられる冷凍機油は、
エステル油もしくはエーテル油を基油として、グリセリ
ンの一部を脂肪酸と反応させエステル化した化合物を含
有する冷凍装置。
【請求項３】少くとも、冷媒圧縮機、凝縮器、乾燥
器、膨張機構及び蒸発器とこれらを接続する冷媒配管を
備える冷媒装置において、冷媒圧縮機は、冷媒器油を貯溜する密閉容器内に回転子
と固定子からなるモータと、前記回転子に密着された回
転軸と、この回転軸を介して前記モータに連結された圧
縮機部とを収納してなり、封入される冷媒は、臨界温度
４０℃以上のハイドロフルオロカーボン系の少くとも１
種以上からなり、冷媒圧縮機に用いられる冷凍機油は、
エステル油を基油として、一般式Ｉのモノエステル、も
しくは一般式IIのジエステルで表されるグリセリンの一
部を脂肪酸と反応させてエステル化した化合物からなる
構造を有する添加剤を含有する冷凍装置。【化１】【化２】
【請求項４】エステル油を基油とした冷凍機油は上記
添加剤を０.１〜２.５％、望ましくは０.１〜０.８％添
加したことを特徴とする請求項３記載の冷凍装置。
【請求項５】少くとも、冷媒圧縮機、凝縮器、乾燥
器、膨張機構及び蒸発器とこれらを接続する冷媒配管を
備える冷媒装置において、冷媒圧縮機は、冷媒器油を貯溜する密閉容器内に回転子
と固定子からなるモータと、前記回転子に密着された回
転軸と、この回転軸を介して前記モータに連結された圧
縮機部とを収納してなり、封入される冷媒は、臨界温度
４０℃以上のハイドロフルオロカーボン系の少くとも１
種以上からなり、冷媒圧縮機に用いられる冷凍機油は、
エーテル油を基油として、一般式Ｉのモノエステル、も
しくは一般式IIのジエステルで表されるグリセリンの一
部を脂肪酸と反応させてエステル化した化合物からなる
構造を有する添加剤を含有する冷凍装置。【化３】【化４】
【請求項６】エーテル油を基油とした冷凍機油は上記
添加剤を０．１〜３％、望ましくは０.１〜２％添加し
たことを特徴とする請求項５記載の冷凍装置。
【請求項７】グリセリンの一部を脂肪酸と反応させエ
ステル化した化合物の脂肪酸部分がオレイン酸であるこ
とを特徴とする請求項３又は５記載の冷凍装置。
【請求項８】上記冷凍機油中に酸捕捉剤、酸化防止
剤、極圧添加剤及び消泡剤の内の少なくとも１種が添加
されている請求項３又は５記載の冷凍装置。